用共振声谱法求取圆柱扰动体的声速

基于微扰理论研究了边侧面为刚性,上、下底面应力自由的圆柱体谐振腔内存在同轴圆柱扰动体的声速求取问题,得到圆柱扰动体存在时谐振腔的声势与共振频率的表达式;在此基础上,给出了应用迭代法与间接法求取扰动体声速的实例;结果表明,利用共振声谱法求取扰动体声速是可行的,间接法比直接法更适于低频岩石声速的测量.

基于电磁超声共振的金属环-含能材料界面脱粘缺陷检测

为实现对金属-含能材料粘接结构界面粘接质量的无损评价,提高其结构安全性,本研究以金属环-含能材料界面脱粘缺陷的无损检测为研究对象,提出了基于电磁超声共振的金属环-含能材料结构界面脱粘缺陷非接触检测方法,制作了专用小型电磁超声探头,搭建了电磁超声环形自动扫查系统,对金属环-含能材料脱粘缺陷模拟试件进行了自动扫查成像,开发了相应的信号处理方法,验证了该技术对于金属环-含能材料界面脱粘缺陷非接触检测的可行性和检测能力。

固体声谐振子扰动的理论和实验研究

为进行快速无损检测（ＮＤＴ），研究了固体声谐振子扰动和声学特征变化的关系．用有限元方法分析了存在和无缺陷样品的振动频率和振型，用数字信号处理技术，实验研究了样品中缺陷对声学特征的影响．实验和理论结果一致性很好，为用声学特征进行无损检测提供了理论和实验指导．

孔隙扰动体引起圆柱谐振腔共振频率偏移的数值模拟

基于共振声谱法,研究了同轴孔隙性圆柱扰动体引起圆柱谐振腔共振频率的偏移.首先求取无孔隙圆柱扰动体存在时谐振腔声势与共振频率的表达式,然后采用等效速度和等效密度的方法确定孔隙性扰动体存在时谐振腔共振频率的偏移,得到了理论模拟曲线.数值模拟结果表明,该方法是可行的,适用于低频范围内孔隙性岩石的孔隙度和孔隙流体声参数的测量.

摄动热电机三参量有限元对DSAW声波力学的研究

压电石英声表面波(PSAW)装置结构的实际扰动压电声表面波(DPSAW)特性受电极几何材料参数的扰动影响,而温度又将进一步影响DPSAW基频和波速。除了电极影响外,该文还考虑高阶温度系数的影响。由于对带热带电极各向异性分层压电材料结构,还没有或很难获得理论解,该文首次利用高效高精度三参量摄动热-机-电有限单元方法,即声元和应力元法,力图为计算热压电/力学奠定理论基础,优化电极厚度。精确计算了在一定温度下各阶温度系数对SAW谐振器波速波频的影响,以利于温度/电极耦合补偿设计。简单模拟计算热表面贴片封装应力(SMS)变形,得到了一系列不同温度下有用的计算值。自由表面SAW理论解和室温试验数据与数值计算结果一致,验证了该热压电有限元理论的可靠性。

薄膜体声波谐振器应力负载效应摄动分析

薄膜体声波谐振器(FBAR)力学传感器有很大的应用潜力,但其敏感机理--应力负载效应尚不能被准确描述。为准确描述应力负载效应,预测FBAR力学传感器的频率灵敏度,提出一种摄动与有限元联合求解方法,并利用该方法计算FBAR微加速度计的频率-加速度灵敏度。首先,在COMSOL有限元软件中计算FBAR微加速度计在加速度下其压电层AlN的平均偏置应力;接着,在COMSOL中计算单个FBAR的谐振频率与相应的振型;最后,将有限元的计算数据和AlN的材料常数代入摄动积分公式中,得到FBAR微加速度计的频率-加速度灵敏度约为–98.879 kHz/g,与文献报道的实验结果–100 kHz/g相吻合,验证方法的可行性。

共振谱和BP神经网络评分的合金锯片无损检测

针对目前合金锯片检测方法效率低、检测缺陷不全面以及误判等问题,提出了一种基于声学共振谱和BP神经网络评分的合金锯片无损检测方法。该方法以共振声学无损检测方法为主体,BP神经网络打分机制辅助来提高检测准确率。首先用模态分析方法分析了不同种类的缺陷对合金锯片声学共振谱的影响,给出了基于物体固有频率差异的声学共振谱检测方法,然后将合金锯片的声学模态信号转成可视化的频域共振谱,最后通过BP神经网络评分评判出每个合金锯片是否满足出厂合格标准。结果表明:该方法拥有精度高、检测缺陷范围广及可靠性好等特点,在锯片无损检测领域有较大的可行性及发展潜力。

薄板声谐振子扰动的声学特征检测研究

为进行快速NDT，研究了薄板声谐振子扰动和声学特征变化的关系．用有限元方法分析存在和无缺陷薄板的振动频率和振型。利用数字信号处理技术，实验研究了样品中缺陷对声学特征的影响．实验和理论分析结果一致性很好．研究结果有助于正确利用样品声学特征进行无损检测。

柱状扰动体引起圆柱谐振腔共振频率偏移的数值模拟

基于微扰理论,研究了内部存在一个同轴圆柱扰动体时圆柱谐振腔共振频率的偏移问题.其中,圆柱谐振腔的边侧面是刚性的,上下底面应力自由.经过推导,得出了圆柱扰动体存在时谐振腔的声势与共振频率的表达式.在此基础上,分析了谐振腔与圆柱扰动体各种参数对谐振腔共振频率的影响.数值模拟结果表明,谐振腔的共振频率受扰动体在谐振腔中的位置影响较大.圆柱谐振腔的共振频率在圆柱扰动体居中时是最大值,并且其共振频率对扰动体的声速敏感;当扰动体在谐振腔两端时,谐振腔共振频率是最小值,并且其对扰动体的密度敏感.最后,通过数值模拟结果和实验测量结果之间的对比,发现两者的基本变化趋势是吻合的.

声振法混凝土路面的声学特征检测研究

为快速而又有效地进行无损检测(NDT),声振法研究了混凝土路面板声学特征变化的关系.利用有限元方法分析了有、无缺陷混凝土路面板的振动频率和振型,用语音数字信号处理技术,实验研究了试件中缺陷对声学特征的影响.理论和实验结果一致性很好,为用声学特征进行混凝土路面脱空等缺陷无损检测提供了理论和实验依据.

导管对圆柱共鸣腔径向共振模式的扰动

修正进气导管的影响对声学共鸣法测量Bohzmann常数kB十分必要。基于一阶声学微扰理论研究了导管对圆柱形共鸣腔理想径向共振模式的扰动，分析了导管末端不同连接方式所带来的声阻抗差异，计算了导管对。（001）径向模式的共振频率和半宽的扰动值分别为△f/f0≈-0．04×10^-6和△g／f0≈14．15×10^-6，同时分析了导管长度、半径以及径向安装位置的变化对理想径向共振模式扰动的影响。

多层粘接材料深层界面脱粘的超声谐振检测方法

针对多层粘接材料深层界面脱粘检测问题,使用超声谐振检测法进行研究。基于弹簧质量模型分析超声谐振检测的基本原理。在有限元软件中建立某构件二界面脱粘的声谐振检测模型,得到不同大小缺陷以及无缺陷条件下的检测信号,计算得出模型的谐振频率曲线,分析比较典型谐振频率下信号的衰减程度。使用超声谐振检测仪对置有不同大小尺寸人工缺陷试件进行检测,得到其检测的A扫描信号。通过引入对比度这一概念量化检测效果,使用4种不同的评价标准来比较区分度,均具有较好的效果。使用机械手平台进行自动化扫查实验,得到人工缺陷样件的C扫描图。结论显示,仿真结果和实验结果较为一致,在0.1 MHz检测频率下的效果较好,缺陷波信号的能量明显大于无缺陷波信号的能量,能够检测出Φ5 mm以上的脱粘缺陷,脱粘缺陷尺寸对A扫波形的影响并不显著。

双圆柱定程干涉法测量空气黏度

本文通过改变声波信号的频率,在一个固定尺寸的封闭型双圆柱腔体内形成驻波的方法测量空气的黏度.基于声学微扰理论,空气黏滞性会造成声波传播过程中能量的耗散,导致实际共振频率偏离理想共振频率.利用扫频仪得到频谱图,通过读取频谱图上空气的实际共振频率,与理论计算得到的频率进行对比,最后计算出空气的黏度.本文首先测量了室温下24.5℃时空气的黏度,测量结果为1.78×10^(-5)pa·s,与公认值较吻合,相对误差为2.94%.进一步测量了不同温度下的空气黏度,验证了空气黏度随温度升高而增大的规律.

偏场下薄膜体声波谐振器频率偏移的摄动分析

为准确预测测量力、热场的薄膜体声波谐振器(FBAR)传感器的灵敏度,采用叠加于有限偏场之上的小增量场理论描述,提出一种摄动与有限元联合求解方法。该方法利用COMSOL有限元软件计算FBAR传感器受外界载荷下其压电层AlN的平均偏置应力,进一步在COMSOL中计算FBAR的谐振频率与相应的振型,将有限元的计算数据代入摄动积分公式中,得到FBAR传感器的频率灵敏度。并以一个圆膜片FBAR为案例,介绍该方法用于计算圆膜片FBAR频率-集中力灵敏度的详细过程。采用摄动与有限元联合求解方法得到的频率灵敏度为41.3 MHz/N,与文献报道的实验结果 50 MHz/N接近,验证了方法的可行性。

微弱共振信号测量干扰消除系统

测定系统共振态时,当阻尼较大时,振动系统的幅值在共振频率附近并不突出,相应的相位变化也变得平缓,在外界振动和电磁干扰的影响下,通过系统共振的幅频特性或相频特性测定相关物理量时,测量精度会大大降低.微弱共振信号测量干扰消除系统,利用了系统共振时振动信号幅度最大以及振动信号与激励信号具有特定相位差这两个特点,过滤干扰信号,能更加准确确定系统共振态,从而准确测量相关物理量.

纤维增强超细尾砂充填体微观破坏机制

纤维增强充填体(FRB)在采空区充填中具有明显的优势,为研究FRB微观破坏机制,以不同配比的玻璃纤维增强超细尾砂充填体为研究对象,利用电子万能试验机、扫描电镜、核磁共振仪和声发射监测仪开展系列试验,从微观层面系统分析FRB的裂隙扩展及损伤演化过程。研究表明:玻璃纤维的掺入能够显著优化充填体材料的初始结构,减少初始缺陷,其中以灰砂配比为1∶12试件的优化效果最为明显;FRB试件和无纤维充填体(CPB)试件的破坏模式存在显著的区别:CPB试件破坏以主裂隙贯穿试件为主,局部位置存在剥落现象,而FRB试件破坏则以较多的小尺度次生裂隙为主,这是由于纤维对充填体材料的阻裂作用所致。因纤维的阻裂作用也使得FRB和CPB的声发射(AE)特性呈现明显的差异:CPB试件在屈服点σ_(cd)(约在85%应力峰值)之后,振铃计数出现“AE下降区”,而FRB试件在屈服点σ_(cd)之后,振铃计数则表现出明显的“AE上升区”。研究结果不仅能够为推广玻璃纤维充填体的应用提供理论指导,且可为玻璃纤维增强充填体达到其峰值强度预测提供声发射判据。